镁合金具有高比强度和比刚度，在汽车、航空航天和电子等领域的应用正逐渐增加。同时，其良好的生物相容性在生物可降解材料领域得到越来越多的关注。然而，镁合金较差的耐腐蚀性限制了其广泛应用。

最近，厦门大学宋光铃教授和曹福勇特聘副研究员等利用磁控溅射技术制备了一系列Mg-Zn合金，利用溅射的高冷却速度使Zn元素完全固溶于镁合金基体中，从而避免了含Zn二次相的析出。研究结果表明，Mg₆₄Zn₃₆合金具有非晶结构且含有部分纳米级晶粒，其在3.5% NaCl溶液中的腐蚀速度仅为0.05±0.01 mm/y，远低于纯镁的腐蚀速度。同时，Mg₆₄Zn₃₆合金在腐蚀和阳极溶解过程一直没有氢气产生。这异常的析氢行为此前从未报道过，因此它对于理解镁腐蚀行为机理和开发耐蚀镁合金提供了新的思路。相关研究成果已发表在Journal of Magnesium and Alloys上。

研究人员系统研究了磁控溅射样品的微观组织结构，结果如图1所示。纯Mg样品主要由蠕虫状晶粒和一些晶粒团聚组成。Mg₈₂Zn₁₈的显微组织呈多边形状，图1(b)中的灰色斑点为几个晶粒的连接点并非缺陷，如图1(c)所示。Mg₆₄Zn₃₆样品具有光滑致密的表面，结构与Mg₈₂Zn₁₈类似。相比之下，纯Zn样品具有粗糙的表面和较多的晶粒团聚，其显微组织与纯Mg、Mg₈₂Zn₁₈和Mg₆₄Zn₃₆完全不同。经过XRD表征，发现纯Mg和Mg₈₂Zn₁₈只检测到ɑ-Mg相并具有完整的晶体结构。而Mg₆₄Zn₃₆样品则是非晶结构，且存在一些小尺度晶粒。纯Zn样品也完全结晶，主要含有Zn相。

图1 溅射沉积样品的SEM显微照片：(a) Mg，(b)(c) Mg₈₂Zn₁₈，(d)(e) Mg₆₄Zn₃₆，(f) Zn

同时，图3展示了各样品在电化学测试期间，使用光学显微镜观察到的样品表面原位变化情况。图3(a₁)-(d₁)显示，在阴极极化电位下，Mg、Mg₈₂Zn₁₈和Mg₆₄Zn₃₆样品表面吸附了一些氢气泡，但Zn表面没有气泡。当电位增加到OCP时，Mg和Mg₈₂Zn₁₈产生的氢气速率减少，而Mg₆₄Zn₃₆样品表面则没有氢气析出。但电位继续正移后，Mg和Mg₈₂Zn₁₈样品表面的析氢速率越来越大，并由离散气泡变为连续氢气流。然而，对于Mg₆₄Zn₃₆和Zn来说，它们表面一直没有析出氢气，即使在较大的极化电位E_corr +280 mV下，它们表面也没有产生氢气。Mg₆₄Zn₃₆和Zn样品在极化测试后表面变白，这是由于腐蚀产物的形成。对于镁合金来说，Mg₆₄Zn₃₆在OCP和阳极极化条件下所表现出的析氢行为与所有已经报道的镁合金析氢行为均不相同。

研究还探索了Mg₆₄Zn₃₆合金具有上述特殊行为的机理，如图4所示。首先，由于Zn在Mg₆₄Zn₃₆基体中分布均匀没有析出，所以该合金在溶液中没有发生微观电偶腐蚀。同时，高锌含量和表面腐蚀产物使合金的开路电位（OCP）变得较正，无法使溶液中的氢离子还原。另外，也不能排除从Mg-Zn表面选择性溶出Mg的可能性：仅几层Mg原子的溶解就足以在这种无定形合金上形成富锌表面，使其具有类似锌的腐蚀和阳极极化行为，并且像锌那样不会产生氢气。因此，Mg₆₄Zn₃₆在进行阳极极化时，所有样品基体溶解产生的电子都流向了电化学工作站。

图4（a）在25°C下，锌-水和镁-水体系的电位-pH平衡图，(b) Mg₆₄Zn₃₆合金在3.5wt.% NaCl溶液中OCP条件下的腐蚀行为示意图, (c) Mg₆₄Zn₃₆在阳极极化条件下的溶解示意图